رویکردهای نوین در مهندسی آب و محیط‌زیست

چکیده به منظور بررسی تأثیر آبیاری با آب شور-سدیمی بر نفوذپذیری خاک‏، آزمایش‌های نفوذ در 6 جویچه انتها بسته، به طول 6/2 متر با عرض 4/0 و عرض پشته 2/1 متر با خاکی از جنس لوم رسی انجام شد. آب آبیاری دارای رسانایی الکتریکی dS/m12 و SAR برابر 32 و عمق آب آبیاری در هر هفته به اندازه cm5 اعمال می‌شد. آزمایش نفوذپذیری در زمان آبیاری سوم، ششم و دهم به روش حجم-شاخص در جویچه‏ی انتها بسته انجام شد. سپس نفوذ تجمعی و سرعت نفوذ در زمان‏های مختلف محاسبه و نتایج با مدل‌های کاستیاکوف و فیلیپ شبیه‌سازی شد. نتایج نشان داد که آبیاری با آب شور-سدیمی باعث کاهش شدید در نفوذپذیری شده به طوری که سرعت نفوذ نهایی آبیاری ششم نسبت به آبیاری سوم 6/40 درصد و در آبیاری دهم نسبت به آبیاری ششم 68 درصد کاهش یافت. در مجموع در فاصله زمانی 50 روز تا 81 درصد سرعت نفوذ نهایی کاهش یافت. ارزیابی نتایج شبیه‌سازی داده‌های نفوذ با آماره مجذور میانگین مربعات خطا بزرگی خطا و معیار میانگین انحراف خطا حاکی از آن است که مدل کاستیاکوف و فیلیپ به خوبی توانسته‌اند، تغییرات نفوذ پذیری خاک ناشی از آبیاری شور سدیمی را برآورد نمایند. اما مدل کاستیاکوف نتایج به نسبت بهتری از خود نشان داده است. همچنین دقت شبیه‌سازی در انتهای دوره آزمایش نسبت دوره‌های قبل از آن بهتر شده بود.

چکیده آبشستگی موضعی پایه‌های پل یکی از مهمترین عوامل تهدید کننده پایداری پل‌های احداث شده بر رودخانه‌ها می‌باشد. این پدیده توسط جریان‌های گردابه‌ای برخاستگی و نعل اسبی اتفاق می‌افتد. یکی از عوامل مهمی که باعث تشدید عمق آبشستگی پایه‌های پل شده و مورد توجه محدودی قرار ‌گرفته است، تجمع اجسام شناور و شاخه و برگ درختان در اطراف پایه است. پل‌های زیادی به دلیل این عامل ناپایدار و تخریب شده‌اند. در این شرایط به دلیل کاهش سطح مقطع دهانه ورودی پل و افزایش سرعت جریان، عمق آبشستگی تا چند برابر شرایط عادی افزایش می‌یابد. تاکنون روابط و یا روش‌های محدودی برای تخمین عمق آبشستگی موضعی پایه پل ناشی از تجمع اجسام شناور ارائه شده است. در این تحقیق با استفاده از داده‌های آبشستگی پایه پل در دو کانال آزمایشگاهی و بر اساس رابطه معتبر CSU (ریچاردسون و دیویس، 2001)، روابط بدون بعد جدیدی به منظور تخمین عمق آبشستگی پایه پل ناشی از تجمع اجسام شناور مستطیلی و مثلثی ارائه شده است. مقادیر بهینه ضرایب و نماهای این روابط با استفاده از اصول بهینه-سازی محاسبه شده است. معادله اصلاحی CSU در این تحقیق در هر دو مرحله واسنجی و صحت‌سنجی، نتایج مناسب و قابل قبولی داشت. حداکثر خطای نسبی این معادله در این مراحل به‌ترتیب 1/10 و 4/8 درصد بود. همچنین متوسط خطای نسبی این معادله در مراحل واسنجی و صحت‌سنجی به‌ترتیب 2/2 و 8/2 درصد بدست آمد.

چکیده در برخی رودخانه_ها سازه_هایی در مسیر حرکت آب ساخته می_شوند که باعث ایجاد گردابه‌های نوسانی در پایین‌دست این سازه_ها می‌گردند. گردابه‌های ایجاد شده نیروهای نوسانی به این سازه_ها وارد کرده و پایداری آنها را دچار مشکل می‌نمایند. در همین راستا در این تحقیق با استفاده از شبیه سازی عددی با نرم افزار SolidWorks به بررسی شکل و ابعاد موانع بر میزان نیروی وارده از طرف گردابه بر سازه_های آبی پرداخته شد. نتایج نشان داد که هر چه ابعاد مانع کوچک تر می‌شود مقدار گردابه ایجاد شده کمتر می گردد، بیشترین میزان 2/5 St= در 50000 Re= و برای مانع با قطر 09/0 صورت می گیرد. همچنین مانع مثلثی باعث ایجاد بیشترین گردابه در پایین دست خود شد و بیشترین مقدار عدد استروهال 8/7 St = در 4/0 V = در مانعی با قطر 05/0 D = رخ داد. همچنین در مانع مربعی بیشترین مقدار گردابه در 05/0 D = به قوع پیوست.

چکیده پژوهش حاضر به‌منظور ارزیابی و مقایسه کیفیت منابع آب زیرزمینی (چشمه و چاه) بخش شرقی دشت گرگان از نظر قابلیت شرب و آبیاری در یک دوره 10 ساله انجام شد. در این تحقیق از نتایج آنالیز شیمیایی 14 چاه و 8 چشمه استفاده ‌شد. از شاخص کیفیت آب (WQI)، دیاگرام شولر و برخی معیارها و استاندارها برای ارزیابی کیفی منابع آب شرب استفاده ‌شد. در بخش آبیاری از هدایت الکتریکی، نسبت خوردگی، نسبت منیزیم، نسبت جذب سدیم، درصد سدیم محلول، نسبت نفوذپذیری و نسبت کلی استفاده شد. سپس پهنه‌بندی برخی از پارامترها و شاخص‌های موثر در هر بخش در محیط GIS و با استفاده از روش IDW انجام شد. براساس میزان شاخصWQI ، کیفیت تمامی چشمه‌ها و چاه‌های حاشیه ارتفاعات در رده عالی قرار می‌گیرد اما با دور شدن از دشت کیفیت برخی از چاه‌ها از خوب تا ضعیف‌ متغیر است. براساس غلظت برخی از پارامترهای هیدروشیمیایی، استانداردها و دیاگرام شولر به جز یک چاه مابقی منابع آب مورد مطالعه از کیفیت مناسبی برای شرب برخوردار هستند. در بخش آبیاری، براساس دیاگرام ویلکوکس، نسبت جذب سدیم، خطر شوری، شاخص کربنات سدیم باقی‌مانده و نسبت کلی، آب چاه‌های غرب منطقه می‌بایست با احتیاط استفاده شود. به‌طورکلی کیفیت آب چشمه‌ها در هر دو بخش شرب و آبیاری به‌مراتب بهتر از آب چاه‌ها می‌باشد.

چکیده کاهش سطح و تراز آب دریاچه ارومیه یکی از بحران‌های محیط زیستی منطقه‌ای است. یکی از اقدامات احیاء دریاچه ارومیه انتقال آب بین حوضه‌ای از حوضه زاب به دریاچه ارومیه توسط تونل کانی سیب است. هدف از مطالعه حاضر بررسی هیدرولیکی و هیدرولوژیکی طرح انتقال آب از سد کانی سیب به دریاچه ارومیه می‌باشد. برای رسیدن به این هدف، انتقال آب از حوضه زاب به دریاچه ارومیه در قالب سه سناریو (مخزن خالی، مخزن نیمه پر و مخزن کاملا پر) برای یک دوره 10 ساله شبیه‌سازی و از نظر هیدرولوژیکی و هیدرولیکی ارزیابی گردید. حل معادله بیلان آب با دخالت روابط هیدرولیکی دبی انتقال آب تونل و سرریز اوجی سد در محیط نرم‌افزاری MATLAB به صورت روزانه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج مطالعه حاضر نشان داد که میزان خروجی تونل کمتر از میزانی خواهد بود که در برنامه ستاد احیاء دریاچه ارومیه (600 میلیون متر مکعب) تعیین شده است. لازم به ذکر هست که حجم قابل انتقال آب (با بازدهی 100 درصد) در دوره هیدرولوژیکی خشک (مشابه سال 77-78) در حدود 190 میلیون مترمکعب خواهد بود. علاوه بر آن در حالت پرآبی (مشابه سال 82-83) میزان خروجی تونل در حدود 767 میلیون متر مکعب خواهد بود.

چکیده با احداث سدهای بلند در مسیر رودخانه ها، سیلاب مازاد بر گنجایش مخزن بوسیله سرریزها تخلیه میگردد. نظر به اینکه جریان در سرریزها فوق بحرانی میباشد،انرژی جنبشی جریان در انتهای سرریز بسیار زیاد بوده و موجب فرسایش در پایین دست سرریز میشود.بنابراین سرریز نیاز به سازه مستهلاک‌کننده انرژی در قسمت انتهایی داشته تا از انرژی مازاد خروجی کاسته و میزان فرسایش و آبشستگی در پایین‌دست سرریز به حداقل برسد.این تحقیق جهت بررسی آزمایشگاهی تلفات نسبی انرژی در دو مدل سرریز مثلثی ساده و دندانه ای در چهار عدد فرود مختلف و در سه عمق پایاب 100، 90 و 80 درصد انجام شد.متغیرهای مؤثر در این تحقیق عدد فرود و عمق پایاب در انتهای پرش هیدرولیکی در سرریز جامی شکل بود.نتایج این تحقیق نشان داد در سه عمق پایاب،با افزایش عدد فرود تلفات انرژی کاهش مییابد.همچنین تلفات انرژی در حالت مسیر پرتابه آزاد نسبت به دو حالت دیگر به‌دلیل توسعه‌یافتگی کامل پرش هیدرولیکی در سرریز جامی شکل بیشتر میباشد.در حالت مقایسه کلی عملکرد سرریز مثلثی دندانه ای نسبت به حالت بدون دندانه،در اتلاف انرژی بهتر عمل نمود که علت این امر شکستگی و فشردگی خطوط جریان در برخورد با دندانه ها در انتهای قسمت پرتابه سرریز میباشد.همچنین نتایج نشان داد استفاده از دندانه در انتهای پرتابه سرریز باعث اتلاف انرژی در شرایط 100 درصد عمق پایاب در سرریز مثلثی دندانه ای نسبت به سرریز مثلثی ساده بطور متوسط به میزان 7 درصد و در شرایط 90 و 80 درصد عمق پایاب نیز بطور متوسط بترتیب حدود 8 و 10 درصد میباشد.

چکیده در این تحقیق، مدلCropSyst در اقلید استان فارس و برای کشت گیاه گندم زمستانه رقم الوند تحت تیمارهای آبی 50، 75 و 100درصد آب مورد نیاز گیاه واسنجی و ارزیابی گردید. همچنین دقت مدل در شبیه‌سازی محصول با استفاده از معادله تبخیر و تعرق پنمن-مونتیث با معادله پریسلی- تیلور مقایسه شد. تحلیل آماری نتایج حاصل از شبیه‌سازی توسط CropSyst نشان داد که نتایج حاصل از معادله پریسلی-تیلور نسبت به پنمن-مونتیث از دقت بالاتری برخوردار است، اما تفاوتها در حدی بود که آزمون F-test در سطح احتمال 5% در واسنجی و اعتبارسنجی شبیه‌سازی عملکرد گندم با استفاده از معادلات پریسلی-تیلور و پنمن مونتیث تفاوت معنی‌داری نشان نداد. دقت واسنجی و اعتبارسنجی در شبیه‌سازی عملکرد با استفاده از CropSyst قابل قبول بود. تغییر تیمار آبیاری سبب تفاوت عملکرد شد، بطوریکه کمترین عملکرد حاصل تیمار 50درصد بود. عملکرد گیاه در سالهای زراعی مختلف متفاوت بود، بیشترین عملکرد دانه در هر دو روش تبخیر و تعرق در تیمار آبیاری 100درصد بدست آمد. مقایسه عملکرد شبیه_سازی شده و اندازه گیری-شده نشان داد که خطای شبیه-سازی در تیمار اول در کلیه سالها، در هر دو روش تعرق، کمترین است. با تغییر تیمار آبیاری از 100 به75 و 50درصد مدت زمان پر شدن دانه افزایش یافت. بیشترین مقدار ماده خشک و عملکرد، در هر دو روش تعرق، در تیمار 100درصد در سال اول، و کمترین میزان در تیمار 75درصد در سال سوم حاصل شد. بنابراین مدل در سال سوم در تیمار50 درصد آبیاری عملکردی بیشتر از 75نشان داد.

چکیده خشک‌سالی از ویژگیهای اصلی و تکرار شـونده‌ی اقلـیم‌های مختلف و هم‌چنین یکی از وقایع محیطی و بخش جدایی ناپذیر نوسـانات اقلیمی است. سامانه‌های پایش در تدوین طرح‌های مقابله با خشکسالی و مدیریت آن از اهمیت بسیاری برخوردار می‌باشد و به همین دلیل از شاخص‌های کمی موجود برای بیان این پدیده استفاده می‌گردد. از آنجا که این شاخص‌ها به صورت نقطه‌ای محاسبه می‌گردد، لازم است که به صورت مکانی پردازش شود. در این راستا از روش‌های میانیابی و از جمله زمین آمار استفاده می‌شود. در این پژوهش تحلیل و چگونگی تغییرات زمانی خشک‌سالی هواشناسی و همچنین قابلیت روش‌های کریجینگ، کوکریجینگ، عکس فاصله وزنی (IDW) و تابع شعاعی (RBF)، در تحلیل مکانی خشکسالی هواشناسی در کل حوزه آبخیز کارون مورد ارزیابی قرار گرفت. تحلیل خشک‌سالی با استفاده ازداده‌های بارندگی 58 ایستگاه بارانسنجی و 11 ایستگاه سینوپتیک با طول دوره آماری 30 ساله در بازه زمانی 66-1365 تا 95-1394 با استفاده از شاخص بارش استاندارد شده (SPI) انجام گرفت. سپس نقشه‌های خشکسالی تهیه و مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج بدست آمده نشان داد که کمترین مقدار ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) مربوط به روش کوکریجینگ با مقدار (32/0)، و روش تابع شعاعی با مقدار (34/0)، و این روش به عنوان بهترین روش برای سال (92-1391) می‌باشد. هم‌چنین سال (87-1386)، بیشترین ایستگاه‌ها درگیر خشک‌سالی خیلی شدید و سال (79-1378)، بیشترین ایستگاه درگیر خشک‌سالی شدید بودند. نتایج نشان داد که روش کوکریجینگ از دقت بالاتری نسبت به سایر روش‌ها در پهنه‌بندی خشک‌سالی برخوردار است.

چکیده یکی از مهمترین اشکال فرسایش آبی که باعث تخریب گسترده زمین می‌شود فرسایش خندقی است که در اقلیم‌های مختلف شدت آن نیز تغییرات زیادی دارد. در این پژوهش لایه‌های اطلاعاتی عوامل محیطی مانند نوع خاک، سنگ شناسی، کاربری اراضی، NDVI، بارش، تراکم آبراهه، فاصله از آبراهه و نوع اقلیم با استفاده از GIS برای حوزه آبخیز سراب هلیل استان کرمان به دست آمدند. سپس با استفاده از روش PCA مهم‌ترین عوامل محیطی مؤثر شناسایی شدند و در نهایت نیز با استفاده از مدل بیشینه آنتروپی نقشه مناطق مستعد فرسایش خندقی به دست آمد. نتایج تحقیق نشان داد که مهمترین عوامل محیطی تأثیر گذار در فرسایش خندقی در منطقه مورد مطالعه نوع اقلیم، سنگ شناسی، بارش و نوع خاک می‌باشند. نقشه مناطق مستعد فرسایش خندقی عوامل محیطی نیز نشان داد که عوامل محیطی در شرق و جنوب و جنوب شرقی دارای اثرات بیشتری در کاهش فرسایش خندقی می‌باشند و به سمت مرکز حوزه و شمال و غرب حوزه فرسایش خندقی افزایش می‌یابد و اثرات عوامل محیطی در افزایش فرسایش خندقی بیشتر می‌شود. همچنین مساحت زیر منحنی ROC (AUC) در حالت‌های واسنجی مدل بیشینه آنتروپی 861/0 و در حالت اعتبار سنجی مدل بیشینه آنتروپی 837/0 به دست آمد. بنابراین مدل بیشینه آنتروپی عملکرد مناسبی برای پیش بینی مناطق مستعد فرسایش خندقی از خود نشان داد.

چکیده نیشکر یکی از مهم‌ترین گیاهان مناطق گرمسیری و نیمه‌گرمسیری است که از دیرباز تاکنون در استان خوزستان کشت می‌گردد. این گیاه دارای دوره‌ی رشد طولانی و نیاز آبی بسیار زیادی است. روش آبیاری نیشکر جویچه‌ای است. این تحقیق به‌منظور بررسی تأثیر شکل جویچه در راندمان آبیاری مزارع نیشکر استان خوزستان و در منطقه کشت‌وصنعت کارون انجام شده است. در این تحقیق سه تیمار عمق جویچه به‌ترتیب با اعماق 30، 22 و 16 سانتی‌متر با سه تکرار در اراضی کشت‌وصنعت نیشکر کارون انجام گرفت. تیمارهای مذکور به‌ترتیب با حروف A ، B و C نشان داده شده‌اند. نتایج بیانگر این است که در طی سه نوبت ارزیابی، راندمان کاربرد در جویچه آزمایشی A به‌طور متوسط 2/71% ، در جویچه‌ی B ،7/63 % و در جویچه‌ی C، 5/80 % اندازه‌گیری شد. بیشترین تلفات عمقی به‌طور متوسط 3/36 درصد مربوط به جویچه‌ی B و کمترین تلفات عمقی با 5/19 درصد مربوط به جویچه‌ی C است. بنابراین جویچه‌ی C دارای بیشترین راندمان و کمترین تلفات عمقی است. همچنین از نظر عملکرد شکر تیمار C نسبت به تیمارهای A و B در سطح 5% معنی‌دار بود.

چکیده هدف اصلی در این تحقیق مدیریت و برنامه ریزی جامع در راستای استفاده بهینه از منابع آب موجود سد کارده، با استفاده از مدل WEAP و تأمین تقاضا در بخش کشاورزی و شرب، با توجه به رشد نیاز آنها در آینده می باشد. به همین منظور ابتدا سد کارده در محیط مدل WEAP شبیه سازی شد و مدل برای شرایط پایه و هفت سناریوی مختلف طرح های توسعه اجرا گردید. با توجه به نتایج بدست آمده برای سناریوی مرجع، این سد به تنهایی پاسخگوی تمام نیازهای تعریف شده به طور کامل در افق طرح نمی باشد، مگر با اعمال اقداماتی مدیریتی در قالب سناریوها، که باعث کاهش مصرف آب در بخش های مختلف تقاضا شود. از جمله این سناریوها مدیریت تقاضا، افزایش راندمان آبیاری، بکارگیری هر دو به طور همزمان در یک سناریو، تغییر یا کاهش الگوی کشت و ... می باشد. در نتیجه با اعمال سناریوی کم آبیاری و افزایش راندمان بطور هم زمان می توان عدم تامین نیاز آب را 37 درصد نسبت به سناریو مرجع کاهش داد و حجم ذخیره مخزن در این سناریو 25 درصد نسبت به حجم ذخیره مخزن در سناریو مرجع افزایش می یابد.

چکیده انسداد خطوط لوله انتقال آب از جمله مشکلاتی است که با ایجاد رسوبات مختلف باعث کاهش آبدهی در پایین دست می گردد. در مطالعه حاضر که با هدف شناسایی و رفع محدودیت ناشی از ایجاد رسوب در خطوط انتقال آب مجتمع سرچشمه انجام گرفت، ابتدا رسوب پدید آمده از طریق آزمایش XRF و XRD شناسایی و سپس با استفاده از غلظت های مختلف 30، 35، 40، 45 و 50 درصد قلیای مناسب هیدروکسید سدیم جهت پاکسازی رسوب اقدام به بهینه سازی گردید. نتایج بدست آمده نشان داد رسوب سخت شده داخل خطوط لوله سولفات کلسیم می‌باشد. نتایج تیتراسیون محلول باقیمانده حاصل از واکنش‌های آزمایشگاهی نیز نشان داد مقادیر 10 تا 21 درصد هیدروکسید سدیم با غلظت30 تا 50 درصد برای جداسازی بیش از 80 درصد رسوب چسبیده به خطوط لوله مصرف می‌شود که این میزان در شرایط واقعی حدود 50 درصد است. همچنین در این تحقیق مقدار بهینه هیدروکسید سدیم برای جدایش کامل رسوب از خطوط لوله حدود 35 درصد طی 72 ساعت تخمین زده شد. با توجه به اینکه در شرایط اجرایی نیاز است غلظت های 50 درصد موجود در بازار جهت رسیدن به مقدار بهینه رقیق سازی شود و از طرفی هیدروکسید سدیم با غلظت 31 درصد در بازار موجود می باشد پیشنهاد گردید جهت عملیات اجرایی حذف رسوب خطوط لوله مس سرچشمه به اراضی پایین دست به جای غلظت بهینه 35 درصد از غلظت 31 درصد موجود استفاده گردد که البته کارایی این مقدار در پاکسازی جداره لوله بیش از 87 درصد تخمین زده شد.